De Arduino-microcontroller in de motorvoertuigentechniek (6)

Transcriptie

1 De Arduino-microcontroller in de motorvoertuigentechniek (6) E. Gernaat (ISBN ) 1 De Arduino Programmeeromgeving (IDE) 1.1 Inleiding Als we naar de Arduino site gaan kunnen we daar de Arduino programmeeromgeving (IDE) downloaden en op onze PC of laptop installeren. Er zijn versies voor alle bekende platforms. Hoewel er geen kosten aan verbonden zijn wordt er wel gevraagd om een donatie. Dit omdat het een open source programma is waar vele mensen belangenloos aan meewerken. Na installatie kan de Arduino verbonden worden met een USB-poort en zal de driver worden geïnstalleerd. We zijn dan klaar voor het gebruik. Als we het programma opstarten door op het Arduino Icoon te klikken zal fig. 6.1 op het scherm verschijnen. Als het Figuur 1: De bovenste afbeelding verschijnt op het PC-scherm als we het programma opstarten programma voor de eerste maal wordt opgestart verschijnt een leeg programmeerblad. Arduino spreekt over een sketch of schets. Zie fig. 6.2 Dit lege 1

2 Figuur 2: Een leeg programma programma is -vreemd genoeg- wel een compleet programma. Het kan worden geupload (soms wordt dit ook wel downloaden genoemd) naar de Arduino. Het doet echter niet veel. Probeer maar eens: Verbindt de Aduino-UNO met de USB-kabel met de computer; Start de Arduino IDE op; Ga eventueel naar Bestand en klik op Nieuw om een lege schets te krijgen; Druk op het pijltje (fig. 6.2) en let op de TX en RX ledjes op de Arduino. Deze lichten kortstondig op ten teken dat er iets naar de Arduino wordt geschreven; In de balk onderin verschijnt tekst ten teken dat het proces voorspoedig verloopt; Er gebeurt verder niets zichtbaars. Misschien hebben we ook de met een rode pijl aangegeven regel in fig. 6.3 bekeken. Daar verscheen achtereenvolgens: Schets aan het compileren; Schets aan het uploaden; Uploaden voltooid. In het zwarte gedeelte is te lezen dat er toch wat geheugenruimte is gebruikt. Zowel van het flashgeheugen als van het RAM-geheugen. We zullen nu als eerste voorbeeld een echt compleet programma maken en in de Arduino zetten 2

3 Figuur 3: Het lege programma geupload in de Arduino controller. en dit programma door de Arduino laten uitvoeren. We kunnen dit programma zelf intikken, maar het is ook te vinden op de Timloto-site. We hebben er opgaven bij gezet en hebben de programmeerregels genummerd. 2 Het eerste programma Program1.ino Het programma zet de led op de Arduino-Uno print naar wens aan of uit. Op de print bevindt zich een kleine led die via de Arduino pin 13 (PB5) kan worden aangestuurd. Verwijder hiervoor regel 7 of void setup() 2. { 3. pinmode(13,output); 4. } 5. void loop() 6. { 7. digitalwrite(13,high); // Led licht op 8. digitalwrite(13,low); // Led dooft 9. } Vragen en opgaven 1. Compileer en upload het programma zodanig de led oplicht. 2. Compileer en upload het programma zodanig dat de led dooft. 3. Zou je aan de hand van vraag 1 en 2 kunnen tekenen hoe de interne led op pin 13 is aangesloten? 3

4 4. Wat gebeurt en nu met de led wanneer we regel 7 en 8 actief laten zijn? Controleer dit met een oscilloscoop. Sluit de oscilloscoop aan tussen pin 13 en de GND en bestudeer het signaal. Wat is nu de signaalfrequentie? Toelichting Het programma is geschreven in de hogere programmeertaal C. Deze universele programmeertaal wordt veel in de techniek gebruikt. Om het programmeren eenvoudig te houden is de standaard C-taal door Arduino aangepast. Dit heeft voor- maar ook nadelen. We kunnen de Arduino ook programmeren in assembly (machinetaal). We zitten dan dichter op de controller maar het programmeren is lastiger. In een volgend hoofdstuk geven we daar een voorbeeld van. Het programma kent statements (losse korte opdrachten) en functies (bij elkaar gevoegde opdrachten). DigitalWrite is zo n statement en die zit in de functie void loop(). We kunnen ook commentaar toevoegen. Dit doen we als toelichting op het programma. Het commentaar maakt geen deel uit van het eigenlijke programma. We beginnen commentaar met /* en eindigen met */. Betreft het kort commentaar aan het einde van een regel dan kunnen we het commentaar ook beginnen met //. Elke programma-statement wordt afgesloten met ;. Statements die in een functie bij elkaar horen beginnen met { en eindigen met }. De genoemde programmeerafspraken zijn zeer strikt. Fouten leiden onherroepelijk tot foutmeldingen (syntax errors). Het programma compileert dan niet. Compileren betekent dat de foutloos ingetikte programmaregels omgezet worden naar overeenkomstige enen en nullen (de eigenlijke machinetaal). Deze machinetaal komt dan in een nieuw programma te staan vaak aangeduidt als binaire file met het achtervoegsel.hex. Dit aangemaakte programma wordt vervolgens geupload naar de Arduino controller. Dit hele proces blijft hier voor ons verborgen. We kunnen echter wel een kijkje nemen in de.hex file die naar de Arduino wordt geupload. We starten de Arduino IDE op en zetten de file Program1.ino op het scherm. Vervolgens gaan we naar Schets (bovenste regel) en klikken op Export compiled Binary. In het mapje van Program1 wordt dan de bijbehorende.hex file geplaatst. We laten hier een stukje van zien: : C945C000C946E000C946E000C946E00CA : C946E000C946E000C946E000C946E00A8 : C946E000C946E000C946E000C946E0098 : C946E000C946E000C946E000C946E0088 : C C946E000C946E000C946E0076 4

5 Het zijn allemaal hexadecimale getallen die tezamen adressen en losse instructies vormen en uiteindelijk door het uploaden binair op de correcte geheugenplaatsen terechtkomen. Terug naar het programma. Er zijn twee functies void setup() en void loop() Wanneer het programma opstart dan worden eerst de programmaregels in de setup-functie éénmalig uitgevoerd. In de void loop() functie worden vervolgens de andere programmaregels na elkaar uitgevoerd. Wanneer de laatste regel is uitgevoerd dan komt de eerste weer aan de beurt. Dit gaat steeds maar door. Men noemt dit een loop of een lus. In regel 3 staat pinmode(13, OUTPUT). Omdat de controllerpoorten/pinnen verschillende modes kennen moet eerst aangegeven worden hoe de pin of poort moet worden gebruikt. In dit programma wordt pin 13 (éénmalig) als uitgang gedefiniëerd. Kijken we naar de programmaregel 7 dan staat daar digitalwrite(13,high). Wanneer deze statement wordt uitgevoerd dan wordt er een logische 1 (5V) op pin 13 gezet. De led die op pin 13 is aangesloten licht dan op. Het zal nu niet moeilijk zijn om de statement van regel 8 te verklaren. Door regel 7 of 8 uit te schakelen (door er commentaar van de maken) zal de led aan of uit gaan. Laten we beide regels er in staan dan zal door de loop-functie de led heel snel in- en uitgeschakeld worden. Met een oscilloscoop kan dit worden bekeken. 3 Vragen en opgaven 1. De programmaregels worden na elkaar uitgevoerd. Om dit mogelijk te maken is de processor voorzien van een clock. Verkaar dit. 2. Wat verstaan we nu onder compileren van een programma? 3. Wat wordt verstaan onder uploaden? 4. Wat is een.hex file? 5. Wat verstaan we onder een functie? 6. Waarom moet een controller-pin worden geconfigureerd? 5